Aprenda a calcular el flujo y la presión de la bomba contra incendios utilizando la demanda del sistema, la pérdida por fricción, la elevación y la presión residual requerida para dimensionar adecuadamente la bomba.
Calcular el flujo y la presión correctos de la bomba contra incendios es uno de los pasos más importantes en el diseño de un sistema confiable de protección contra incendios. Una bomba contra incendios debe proporcionar suficiente flujo y presión de agua para suministrar rociadores, hidrantes, estaciones de mangueras, tuberías verticales u otros equipos de extinción de incendios en las condiciones operativas requeridas.
Elegir una bomba basándose únicamente en el tamaño de un edificio o en el tamaño nominal de la tubería puede dar lugar a un sistema inadecuado. Si la bomba no proporciona suficiente flujo o presión, es posible que el sistema de protección contra incendios no funcione según lo diseñado. Si la bomba tiene un tamaño significativamente grande, puede crear presión innecesaria, aumentar los costos del equipo y dificultar el diseño del sistema.
Para los ingenieros, contratistas de protección contra incendios, consultores y propietarios de proyectos, comprender la relación entre flujo, presión, altura, elevación y pérdida por fricción es esencial para seleccionar la bomba contra incendios adecuada.
Este artículo explica los principios básicos y los pasos prácticos utilizados para calcular el flujo y la presión de la bomba contra incendios.
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El flujo de la bomba contra incendios es el volumen de agua que la bomba suministra durante un período de tiempo específico.
Unități comune include:
GPM: galones por minuto
LPM: litros por minuto
m³/h: metros cúbicos por hora
Por ejemplo, una bomba contra incendios puede tener una potencia nominal de 500 GPM, 750 GPM, 1000 GPM o varios miles de GPM dependiendo de los requisitos del sistema de protección contra incendios.
El flujo requerido normalmente está determinado por la demanda hidráulica del sistema y no por el fabricante de la bomba.
El diseñador debe determinar cuánta agua requiere el equipo de protección contra incendios aplicable y la norma de diseño pertinente. Dependiendo de la aplicación, el cálculo puede involucrar aspersores automáticos, chorros de mangueras, hidrantes, tubos verticales, cortinas de agua u otros sistemas.
Por lo tanto, el flujo nominal de la bomba & 39;s debe seleccionarse después de determinar el sistema & # 39;s demanda de agua requerida.
La presión de la bomba contra incendios es la presión que proporciona la bomba para superar la resistencia del sistema de protección contra incendios y entregar agua al lugar requerido.
La presión de la bomba se expresa comúnmente en:
PSI
barra
kPa
metros de cabeza
Los requisitos de presión están influenciados por varios factores, incluida la fricción de la tubería, la elevación, los accesorios, las válvulas, las pérdidas del equipo y la presión mínima requerida en el punto de descarga más exigente.
Por ejemplo, un sistema de rociadores puede requerir una presión residual específica en el rociador hidráulicamente más remoto. La bomba contra incendios debe proporcionar suficiente presión en la descarga de la bomba para superar todas las pérdidas entre la bomba y ese rociador.
Por lo tanto, la presión de la bomba contra incendios nunca debe determinarse independientemente del sistema de tuberías y de los cálculos hidráulicos.
El primer paso para calcular el flujo de la bomba contra incendios es determinar el flujo requerido del sistema.
El flujo requerido depende del tipo de sistema de protección contra incendios y de los criterios de diseño aplicables.
Para un sistema de rociadores, el cálculo hidráulico puede determinar la descarga requerida del rociador en función de la densidad de diseño, el área de diseño, las características del rociador y la configuración del sistema.
Es posible que también sea necesario considerar una demanda adicional de chorros de manguera cuando corresponda.
Para sistemas de hidrantes o tubos verticales, el flujo requerido puede depender del número de salidas que funcionan simultáneamente y de la descarga requerida en cada salida.
El concepto básico es:
Flujo requerido de la bomba contra incendios = Demanda de agua requerida del sistema
El método de cálculo exacto depende del proyecto y de los requisitos de protección contra incendios aplicables.
Un fabricante de bombas contra incendios puede proporcionar información sobre el rendimiento de la bomba una vez que se hayan establecido el flujo y la presión requeridos.
Una vez determinado el flujo requerido, el siguiente paso es calcular la presión requerida en la bomba.
Un enfoque simplificado es:
Presión requerida de la bomba = Presión residual requerida + Pérdida por fricción + Pérdida por elevación &menos; Presión de succión disponible
Esta relación es útil para comprender el cálculo básico.
Cada parte de la ecuación representa un requisito diferente.
Esta es la presión mínima que debe permanecer disponible en el punto de descarga requerido.
Por ejemplo, si el rociador hidráulicamente más remoto requiere una presión específica, la bomba contra incendios debe proporcionar suficiente presión para mantener ese requisito después de considerar todas las pérdidas del sistema.
El agua pierde presión a medida que viaja a través de tuberías, accesorios, válvulas y otros componentes.
La cantidad de pérdida por fricción depende de:
Diámetro de la tubería
Longitud de la tubería
Caudal
Material de la tubería
Estado interno de la tubería
Accesorios
Válvulas
Restricciones de flujo
A medida que aumenta el flujo, generalmente aumenta la pérdida por fricción. Ésta es una de las razones por las que el flujo y la presión no pueden considerarse por separado.
El agua requiere presión adicional para moverse hacia arriba.
Una aproximación común es que se requieren aproximadamente 0,433 psi por cada pie de elevación del agua.
En unidades métricas, se requieren aproximadamente 9,81 kPa por cada metro de elevación del agua.
Por lo tanto:
Presión de elevación = Elevación × 0,433 psi/pie
o
Presión de elevación ≈ Elevación y tiempos; 9,81 kPa/m
Para un edificio de varios pisos, la elevación puede convertirse en una parte importante del requisito total de presión de la bomba contra incendios.
Si la bomba recibe agua de un suministro de agua a presión, la presión de succión disponible puede reducir la presión que la propia bomba necesita generar.
Por ejemplo, si el sistema requiere 120 psi en la descarga de la bomba y hay 30 psi de presión de succión disponible confiable, la bomba no necesariamente necesita generar los 120 psi completos desde cero.
Sin embargo, la presión de succión disponible debe evaluarse cuidadosamente en las condiciones de flujo requeridas en lugar de depender únicamente de la presión estática.
La pérdida por fricción es uno de los factores más importantes en los cálculos de presión de las bombas contra incendios.
Dos métodos comunes utilizados en los cálculos hidráulicos son la ecuación de Hazen-Williams y la ecuación de Darcy-Weisbach.
Para los sistemas de protección contra incendios, la ecuación de Hazen-Williams se utiliza ampliamente para los cálculos del flujo de agua.
Una forma comúnmente utilizada es:
h = 4,52 × Q^1,85 / (C^1,85 × d^4,87)
donde:
h = pérdida por fricción
Q = caudal
C = coeficiente de rugosidad de Hazen-Williams
d = diámetro de la tubería
Las unidades exactas y la forma de la ecuación dependen del sistema de cálculo que se utilice.
El principio de ingeniería importante es que la pérdida por fricción aumenta significativamente a medida que aumenta el flujo y disminuye a medida que aumenta el diámetro de la tubería.
Esto significa que seleccionar una tubería más grande puede reducir la pérdida por fricción, mientras que forzar un alto caudal a través de una tubería relativamente pequeña puede crear una pérdida de presión sustancial.
Para el diseño real del proyecto, los cálculos hidráulicos deben realizarse utilizando el método de ingeniería, los estándares y los requisitos del proyecto aplicables.
Calcular sólo la pérdida por fricción en tubería recta no es suficiente.
El agua también pierde energía al pasar:
Codos
Camisetas
Reductores
Revisar válvulas
Válvulas de aislamiento
Preventores de reflujo
Medidores de flujo
Coladores
Otros componentes del sistema
Estas pérdidas se pueden representar utilizando una longitud de tubería equivalente u otros métodos de cálculo hidráulico aceptados.
En un gran sistema de protección contra incendios, el efecto combinado de accesorios y válvulas puede ser significativo.
Por lo tanto, un cálculo hidráulico completo debería tener en cuenta toda la trayectoria del flujo desde la fuente de agua hasta el punto de descarga hidráulicamente más exigente.
Los fabricantes de bombas contra incendios pueden proporcionar datos de rendimiento en unidades de presión o unidades principales.
La relación entre la presión y la altura del agua es importante al interpretar las curvas de la bomba.
Pentru apă:
1 bar ≈ 10,2 metros de altura de agua
1 psi ≈ 0,703 metros de altura de agua
1 metro de cabezal de agua ≈ 9,81kPa
Por ejemplo, una bomba que produce aproximadamente 100 metros de altura de agua produce aproximadamente 9,81 bar de presión en condiciones ideales de conversión.
Al comparar las curvas de la bomba con los cálculos hidráulicos, asegúrese de que las unidades sean consistentes.
Confundir la presión con el cabezal o las unidades de mezcla puede dar como resultado una selección incorrecta de la bomba.
Una vez calculados el caudal y la presión requeridos, el resultado se convierte en la base para seleccionar la bomba contra incendios.
Por ejemplo, supongamos que el cálculo hidráulico determina que el proyecto requiere aproximadamente:
750 GPM a 100 psi
Este se convierte en el punto de servicio requerido por el proyecto '.
La bomba seleccionada debe tener una curva de rendimiento que satisfaga el punto de trabajo requerido y al mismo tiempo cumpla con los requisitos de rendimiento aplicables de la bomba contra incendios.
La bomba no debe seleccionarse simplemente porque su caudal máximo sea superior a 750 GPM. Su rendimiento de presión en el flujo requerido es igualmente importante.
Por eso las curvas de la bomba son esenciales durante la selección del equipo.
Una curva de rendimiento de la bomba contra incendios muestra la relación entre flujo y presión.
A medida que aumenta el flujo, la presión disponible de la bomba generalmente disminuye.
Al revisar una curva de bomba, los ingenieros deben evaluar varios puntos importantes, entre ellos:
Flujo nominal
Presión nominal
Presión de cierre
Rendimiento a mayor flujo
Rendimiento a menor flujo
Requisitos de potencia del motor o del motor
El punto de trabajo requerido del proyecto debe estar dentro del rango operativo apropiado de la bomba seleccionada.
La curva de la bomba también debe revisarse junto con la norma aplicable sobre bombas contra incendios y las especificaciones del proyecto.
El cálculo de la bomba contra incendios debe incluir la fuente de agua.
Una bomba que extrae agua de un tanque de agua contra incendios exclusivo puede tener diferentes condiciones de succión de una bomba conectada a un suministro de agua municipal presurizado.
Informații important include:
Nivelul static al aguai
Nivel mínimo de agua
Nivel máximo de agua
Tamaño del tubo de succión
Longitud del tubo de succión
Presión de succión disponible
Elevación entre fuente de agua y bomba
Condiciones de flujo requeridas
Para proyectos que utilizan agua de tanques profundos o depósitos subterráneos, puede ser apropiada una bomba contra incendios de turbina vertical.
También se deben evaluar las condiciones de succión para garantizar que la bomba seleccionada pueda funcionar correctamente sin problemas de succión inaceptables.
Considere un ejemplo simplificado.
Supongamos que un sistema de protección contra incendios requiere:
Flujo requerido: 500 GPM
Presión residual requerida en el punto remoto: 60 psi
Pérdida por fricción: 25 psi
Pérdida de elevación: 35 psi
Presión de succión disponible: 20 psi
El requisito simplificado de presión de la bomba es:
Presión de bomba requerida = 60 + 25 + 35 &menos; 20
Presión de bomba requerida = 100 psi
Por lo tanto, el punto de servicio preliminar de la bomba sería aproximadamente:
500 GPM a 100 psi
Este es un ejemplo simplificado para comprender el proceso de cálculo. El diseño real del sistema de protección contra incendios requiere cálculos hidráulicos detallados y debe tener en cuenta la configuración específica del proyecto y los requisitos aplicables.
Una vez que se conoce el punto de servicio requerido, también se deben evaluar otros factores.
El equipo del proyecto debería considerar:
Tip bombe:Succión final, caja dividida horizontal, turbina vertical u otra configuración adecuada.
Conductor:Motor eléctrico o motor diésel.
Certificație:Requisitos como Listado UL u otras certificaciones aplicables.
Instalación:Instalación interior, exterior, sala de bombas, en contenedores o especializada.
Fuente de alimentación:Disponibilidad y confiabilidad de la energía eléctrica.
Condiții de mediu:Temperatura, humedad, altitud, corrosión y otras condiciones.
Mantenimiento:Accesibilidad, repuestos, servicio y soporte a largo plazo.
Un cálculo de flujo y presión técnicamente correcto es el punto de partida, no el final del proceso de selección.
Varios errores pueden provocar una selección incorrecta de la bomba.
La presión estática por sí sola no representa el rendimiento del sistema en el flujo requerido. La presión disponible debe evaluarse en condiciones de flujo apropiadas.
Los requisitos de presión pueden aumentar significativamente en edificios altos o instalaciones donde la bomba y los puntos de descarga están a diferentes elevaciones.
Se pueden acumular pérdidas menores en un sistema de tuberías grande.
Una bomba 's el flujo máximo no indica la presión que puede proporcionar en el punto de operación requerido.
Mezclar PSI, bar, kPa, pies de cabeza y metros de cabeza sin la conversión adecuada puede producir errores de cálculo importantes.
Una bomba excesivamente grande no es automáticamente más segura. La bomba debe seleccionarse en función de los requisitos hidráulicos reales y los criterios de protección contra incendios aplicables.
Los cálculos hidráulicos precisos proporcionan la base para seleccionar la bomba contra incendios correcta, pero la cooperación entre el ingeniero del proyecto y el fabricante puede ayudar a garantizar que el equipo seleccionado cumpla con los requisitos calculados.
Un fabricante de bombas contra incendios debería poder proporcionar:
Curvas de rendimiento de la bomba
Información nominal de flujo y presión
Dimensiones de la bomba
Datos de motores o motores diésel
Información del controlador
Documentación de certificación
Información de pruebas de fábrica
Requisitos de instalación
Soporte técnico
Para proyectos más grandes o complejos, el fabricante también puede ayudar a revisar el punto de trabajo requerido e identificar una configuración de bomba adecuada.
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Calcular el flujo y la presión de la bomba contra incendios es una parte fundamental del diseño de un sistema de protección contra incendios confiable.
El proceso comienza determinando el flujo de agua requerido y luego calculando la presión necesaria para superar los requisitos de presión residual, pérdidas por fricción, elevación y otras resistencias del sistema. También se debe considerar la presión de succión disponible al determinar el punto de trabajo final de la bomba.
Un cálculo simple se puede expresar como:
Presión requerida de la bomba = Presión residual requerida + Pérdida por fricción + Pérdida por elevación &menos; Presión de succión disponible
Sin embargo, los proyectos reales de protección contra incendios requieren cálculos hidráulicos detallados basados en la configuración completa del sistema y los estándares aplicables.
Una vez establecidos el flujo y la presión requeridos, se deben evaluar juntos la curva de la bomba, el tipo de bomba, el controlador, la certificación, las condiciones de instalación y el paquete completo de la bomba contra incendios.
Como fabricante de bombas contra incendios, BETTER Technology Group ofrece soluciones de bombas contra incendios para diferentes aplicaciones de protección contra incendios, incluidas bombas contra incendios eléctricas, bombas contra incendios diésel, bombas jockey, bombas horizontales de caja dividida, bombas de succión final y bombas contra incendios de turbina vertical. Los requisitos precisos del proyecto y los cálculos hidráulicos permiten seleccionar la solución de bomba adecuada para un rendimiento confiable de protección contra incendios.
